مجله علمی صوت و ارتعاش

مجله علمی صوت و ارتعاش

مدل‌سازی پارامترهای رانندگی خودرو به‌منظور بهینه‌سازی ارتعاشات انواع محموله در بازه‌های فرکانسی مختلف با استفاده از یادگیری ماشین

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 دانشجوی دکتری، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه جامع امام حسین (ع)، تهران، ایران
2 دانشیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه جامع امام حسین (ع)، تهران، ایران
3 پژوهشگر، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه جامع امام حسین (ع)، تهران، ایران
چکیده
ارتعاشات خودرو می‌تواند تأثیر زیادی بر سلامت محموله خودرو و عملکرد کلی آن داشته باشند. این مطالعه به بررسی اثرات فشار تایر، وزن محموله خودرو، و سرعت رانندگی بر ارتعاشات خودرو به دو روش تحلیلی و تجربی باهدف بهینه-یابی انرژی ارتعاشات در بازه‌های مختلف فرکانسی پرداخته و شرایط بهینه را برای دو نوع محموله خاص تعیین نموده است. با تحلیل تعاملات بین این سه عامل، این تحقیق به دنبال شناسایی عوامل اصلی تأثیرگذار بر ارتعاشات و تأثیرات ترکیبی احتمالی آن‌ها و در نهایت یافتن حالت‌های بهینه از نظر ارتعاشی برای محموله‌های مختلف است. سرعت، فشار تایر و وزن محموله خودرو به طور مشخصی تغییر داده شده، ارتعاشات اندازه‌گیری و تأثیر هر متغیر و تعاملات آن‌ها بر سطح ارتعاشات ارزیابی شده است. سه عامل (سرعت، فشار تایر و وزن محموله خودرو) در سه سطح با چهار مرتبه تکرار، جمعاً 108 آزمایش انجام شد. نتایج نشان می‌دهد که سرعت خودرو بیشترین اثر را دارد. فشار تایر و وزن محموله خودرو اثر بسیار کمتری نسبت به‌سرعت دارند. همچنین سطح ارتعاشات در جهت عمودی بیشترین و در جهت طولی خودرو کمترین مقدار است. در‌آخر برای دو نوع محموله پارامترهای بهینه محاسبه گردید. این کار با روش سنتی و روش یادگیری ماشین انجام شد. از بین روش‌های یادگیری ماشین، الگوریتم درخت تصمیم به عنوان روشی قابل تفسیر، دقت بیشتری نسبت به روش سنتی دارد. نتایج این پژوهش در خودروهای خودران علی الخصوص خودروهای خودران تاکتیکی که محموله‌های حساسی دارند، کاربرد بسیاری دارد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Modeling vehicle driving parameters to optimize vibrations of cargo types in different frequency ranges using machine learning

نویسندگان English

salman imanpour 1
saeed Mahjoub Moghadasi 2
Seyed Mohammad Modarres 3
1 Ph.D. Student, Faculty of Engineering, Imam Hossein University, Tehran, Iran
2 Associate Professor, Faculty of Engineering, Imam Hossein University, Tehran, Iran
3 Researcher, Faculty of Engineering, Imam Hossein University, Tehran, Iran
چکیده English

Vehicle vibrations can significantly impact the health of the vehicle's cargo and its overall performance. This study investigates the effects of tire pressure, vehicle cargo weight, and driving speed on vehicle vibrations using both analytical and experimental methods, aiming to optimize vibration energy in different frequency ranges and determine optimal conditions for two specific types of cargo. By analyzing the interactions between these three factors, this research seeks to identify the main factors influencing vibrations and their potential combined effects, ultimately finding vibrationally optimal states for different cargo types. Vehicle speed, tire pressure, and cargo weight were systematically varied, vibrations were measured, and the impact of each variable and their interactions on vibration levels was assessed. Three factors (speed, tire pressure, and cargo weight) were tested at three levels with four repetitions, totaling 108 experiments. The results show that vehicle speed has the greatest effect. Tire pressure and cargo weight have much smaller effects compared to speed. Also, the vibration level is highest in the vertical direction and lowest in the longitudinal direction of the vehicle. Finally, optimal parameters were calculated for two types of cargo. This was done using both traditional methods and machine learning methods. Among the machine learning methods, the decision tree algorithm, as an interpretable method, has greater accuracy than the traditional method. The results of this research have many applications in UGV, especially tactical UGV that carry sensitive cargo.

کلیدواژه‌ها English

car vibrations
tire pressure
car payload weight
machine learning
analytical and experimental method
[1]  Sekulić, D., et al., Analysis of vibration effects on the comfort of intercity bus users by oscillatory model with ten degrees of freedom. Applied Mathematical Modelling, 2013. 37(18): p. 8629-8644.
[2]  Hamed, M., et al., The influence of vehicle tyres pressure on the suspension system response by applying the time-frequency approach. 2013. 1-6.
[3]  Sherwin, L.M., et al., Influence of tyre inflation pressure on whole-body vibrations transmitted to the operator in a cut-to-length timber harvester. Applied Ergonomics, 2004. 35(3): p. 253-261.
[4]  Kaderli, F. and H.M. Gomes, Vibration analysis based on health and comfort levels on ride vehicles. International Journal of Vehicle Noise and Vibration, 2015. 11(3-4): p. 238-254.
[5]  Meram, A. and M. Shahriari, Evaluation of Whole-Body Vibration in Automobile on Routine Travel—A Case Study. Occupational and Environmental Safety and Health, 2019: p. 191-199.
[6]  Fichera, G., M. Scionti, and F. Garescì, Experimental correlation between the road roughness and the comfort perceived in bus cabins. SAE Transactions, 2007: p. 39-49.
[7]  Peralta, A., et al., Ride Comfort Analysis of an AWD Vehicle Travelling on Different Types of Pavements. 2017.
[8]  Sadegh Nasiri, M.S.-Y., Tohid Mirzababaie Mostofi, Seyyed Mohsen and M.Z.-S. Mousavi, Optimization of Effective Parameters in Free Iron Sheet Forming Processby Underwater Explosion Method. 1401.
[9]  Yang, L., et al., Robust Optimization of Road Vehicle Suspension Considering the Variation of Tire Vertical Stiffness. Journal of Modeling and Optimization, 2019. 11: p. 8-15.
[10]        Fathi, H., et al. Modeling and Validation of a Passenger Car Tire Using Finite Element Analysis. Vehicles, 2024. 6, 384-402 DOI: 10.3390/vehicles6010016.
[11]        Cazalla, O., et al., Three-way ANOVA interaction analysis and ultrasonic testing to evaluate air lime mortars used in cultural heritage conservation projects. Cement and Concrete Research, 1999. 29(11): p. 1749-1752.
[12] International Organization for Standardization. "ISO 8608: 2016 Mechanical vibration: Road surface profiles: Reporting of measured data." tech. rep., International Organization for Standardization, Switzerland (2016).
[13] Boyarchikov, Y. and T. Martinec, Road Pavement Monitoring and Analysis Approaches Using Gyroscope and Accelerometer Data. IFAC-PapersOnLine, 2024. 58(9): p. 138-142.
[14] STANDARD, D.O.D.T.M., MIL-STD-810H, ENVIRONMENTAL ENGINEERING CONSIDERATIONS AND LABORATORY TESTS. 2019.
[15] YMC PIEZOTRONICS INC. General Purpose Accelerometers. 2022; Available from: http://www.chinaymc.com/.
[16] Wang, Y., R. Serra, and e.P. Argoul, Based on the virtual experiment study of the impact of load sequence on the calculation process of random vibration fatigue damage. Procedia Structural Integrity, 2019. 19: p. 682-687.
[17] Alimohammadi, Iraj, and Hossein Ebrahimi. "Comparison between effects of low and high frequency noise on mental performance." Applied Acoustics 126 (2017): 131-135.
[19] Oppenheim, A.V., A.S. Willsky, and S.H. Nawab, Signals & systems (2nd ed.). 1996: Prentice-Hall, Inc.
[19] Ertel, Wolfgang. Introduction to artificial intelligence. Springer Nature, 2024.